Caratterizzazione delle cellule staminali del tessuto adiposo nell'obesità e nel diabete: effetto del calo ponderale

INTRODUCTION: The Stromal Vascular Fraction (SVF) of human adipose tissue (AT) contains different subpopulations identified by specific CD membrane markers. We focused on the role of preadipocytes (CD34+/CD31-/CD45-), endothelial precursors (CD34+/CD31+/CD45-) and pericytes (CD146+) in obesity and AT remodeling, and the possible pathological correlation between the preadipocyte content and obesity development. MATERIALS AND METHODS: Abdominal subcutaneous (SAT) and visceral AT (VAT) were obtained from 7 obese and 6 obese/diabetic patients underwent sleeve gastrectomy, 7 obese patients underwent plastic surgery or cholecystectomy after a >10kg weight loss. SVF was isolated by collagenase digestion and characterized measuring the co-expression of CD34, CD90, CD73, CD13, CD29, CD271, CD31, CD146 by flow cytometry. We evaluated the expression profiles by qPCR, adipogenic potential, proliferation capacity and morphological features during culture. We sorted by FACS the different subpopulations and in vitro evaluated their adipogenic and angiogenic potential. RESULTS: The flow cytometric analysis revealed a higher % of preadipocytes in VAT than in SAT, with significant differences in obese DM2 (41.9 % ± 3.2 % VAT vs 23.1 % ± 2.9 % SAT) and a significant increase in preadipocytes in SAT of post-obese, up to 70%. Are rather higher percentages of endothelial precursors in SAT than in VAT, for both categories of patients. SVF cells are positive for most of the markers of mesenchymal stem cells (CD13, CD29, CD90, CD73) with the exception of CD271 which shows differences between the two fat depots analyzed. Finally, there is a higher content of CD146+/CD31-/ CD34- pericytes in SAT of the obese and obese DM2, and a greater portion of cells CD146+/CD31+/CD34- especially in SAT of the obese with DM2. The SVF ex vivo (P0) shows the higher adipogenic potential that decreases during the passages in culture (P1-P4) along with the down-regulation of CD34 mRNA and Zfp423, and the up-regulation of CD90. We observed an increase in cell size and nuclear dimensions, along with changes in cytoskeletal structures. The subpopulation of preadipocytes showed the highest adipogenic potential. CONCLUSIONS: the VAT of obese and obese DM2, with a higher content of preadipocytes shows more hyperplastic features than SAT, which having a greater number of endothelial progenitor cells and pericytes has more pro-angiogenic features. However, under conditions of weight loss that occurs in obese patients following surgical treatment, SAT acquires the characteristics of the VAT in the conditions of obesity, increasing the content in preadipocytes. The loss of adipogenic potential associated with the down-regulation of CD34, and the presence of this marker in preadipocytes of SVF demonstrates its strong involvement in adipogenesis. SVF cells undergo deep morphological changes during expansion in vitro, suggesting a possible connection between the cytoskeletal structures and the expression of stem cell markers.

INTRODUZIONE: la frazione vasculo stromale (SVF) del tessuto adiposo umano contiene differenti sottopopolazioni identificate da specifici marcatori di membrana (CD). Abbiamo focalizzato l’attenzione sul ruolo dei preadipociti (CD34+/CD31-/CD45-), precursori endoteliali (CD34+/CD31+/CD45-) e periciti (CD146+) nell’obesità e rimodellamento del tessuto adiposo, e la possibile correlazione patologica nel contenuto di preadipociti nello sviluppo dell’obesità. MATERIALI E METODI: tessuto adiposo sottocutaneo addominale (SAT) e viscerale (VAT) sono stati prelevati da 7 pazienti obesi e 6 pazienti obesi con diabete mellito di tipo 2 (DM2) sottoposti a bendaggio gastrico, 7 pazienti post-obesi sottoposti ad operazione di chirurgia plastica (addominoplastica) dopo calo ponderale superiore ai 10 Kg. La SVF è isolata mediante digestione enzimatica con collagenasi e caratterizzata misurando la co-espressione del CD34 con il CD90, CD73, CD13, CD29, CD271, CD31, CD146 mediante citofluorimetria. Abbiamo valutato i profili di espressione genica mediante qPCR, analisi del potenziale adipogenico, capacità proliferativa e caratteristiche morfologiche durante i passaggi in coltura. Abbiamo effettuato sorting mediante FACS delle differenti sottopopolazioni della SVF e valutato in vitro il loro potenziale adipogenico. RISULTATI: Le analisi citofluorimetriche hanno rivelato una % più alta di preadipociti nel VAT rispetto al SAT, con differenze significative nei pazienti obesi DM2 (41.9% ± 3.2% VAT vs 23.1% ± 2.9% SAT) e un consistente incremento dei preadipociti nel SAT dei post-obesi, fino al 70%. Risultano invece percentuali maggiori di precursori endoteliali nel SAT rispetto al VAT, per entrambe le categorie di pazienti. Le cellule della SVF risultano positive per la maggior parte dei marcatori delle staminali mesenchimali (CD13, CD29, CD90, CD73) ad eccezione del CD271 il quale mostra differenze tra i due depositi adiposi analizzati. Infine, vi è un contenuto maggiore di periciti CD146+/CD31-/CD34- nel SAT degli obesi e degli obesi DM2, e un quantitativo superiore di cellule CD146+/CD31+/CD34- soprattutto nel SAT degli obesi affetti da DM2. La SVF ex-vivo (P0) mostra il potenziale adipogenico più elevato che diminuisce durante i passaggi in coltura (P1-P4) insieme alla down-regolazione dell’mRNA del CD34 e di Zfp423, e alla up-regolazione del CD90. Abbiamo osservato un incremento nelle dimensioni cellulari e nucleari, insieme a cambiamenti delle strutture citoscheletriche. La frazione dei preadipociti ha mostrato il più alto potenziale adipogenico. CONCLUSIONI: il VAT degli obesi e degli obesi DM2, con un contenuto maggiore di preadipociti dimostra possedere maggiori caratteristiche iperplastiche rispetto al SAT, il quale avendo un numero maggiore di precursori endoteliali e di periciti presenta maggiori caratteristiche pro-angiogeniche. Tuttavia, in condizioni di calo ponderale che avviene nei pazienti obesi in seguito a trattamento chirurgico, il SAT acquisisce le caratteristiche del VAT nelle condizioni di obesità, aumentando il contenuto in preadipociti. La perdita del potenziale adipogenico associata alla down-regolazione del CD34, e la presenza di tale marcatore nei preadipociti della SVF dimostra un suo forte coinvolgimento nell’adipogenesi. Le cellule della SVF vanno incontro a profondi cambiamenti morfologici durante l’espansione in vitro, suggerendo una possibile connessione tra le strutture citoscheletriche e l’espressione di marcatori della staminalità.